Makalah Seminar Kerja Praktek SISTEM AUTOSYNCHRONIZER PADA GENERATOR MODEL TEWAC 75000KVA DI PT. GEO DIPA ENERGI DIENG UNIT 1 Rumaisha Galuh Anindita Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro
Abstrak - Kebutuhan energi listrik sitem interkoneksi JAMALI (Jawa-Madura-Bali) semakin lama semakin meningkat seiring dengan perkembangan jaman. Akan tetapi meningkatnya kebutuhan energi listrik saat ini belum diimbangi dengan pasokan daya listrik dari pembangkit-pembangkit yang ada. Dilain pihak pembangkit-pembangkit yang ada merupakan pembangkit yang berbahan bakar fosil dimana cadangan bahan bakar fosil dari tahun ke tahun semakin menipis. Salah satu strategi untuk mengatasi hal tersebut dapat menggunakan potensi enegri baru terbarukan seperti panas bumi di Pegunungan Dieng. Panas Bumi di dikonversi menjadi energi listrik melalui beberapa tahap di PLTP (Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi). Energi listrik yang dihasilkan di PLTP Dieng di paralelkan dengan jaringan listrik 150 KV. Syarat yang harus dipenuhi memparalelkan dengan jaringan 150 KV adalah mempunyai tegangan kerja yang sama, mempunyai frekuensi yang sama, mempunyai urutan fasa yang sama, mempunyai sudut yang sama, dan mempunyai arah fasa yang sama. Dengan adanya pasokan energi listrik dari PLTP Dieng yang terhubung ke sistem jaringan interkoneksi JAMALI (Jawa-Madura-Bali) dapat membantu memenuhi kebutuhan listrik yang kian meningkat. Selain itu dapat mengurangi kecenderungan pemakaian bahan bakar fosil. Kata kunci : panas bumi, PLTP Dieng, paralel,
I. 1.1
PENDAHULUAN Latar Belakang Indonesia merupakan salah satu negara yang mempunyai sumber daya alam yang melimpah, salah satunya minyak bumi yang diolah untuk digunakan sebagai bahan bakar. Namun dengan berkembangnya dunia industri, bahan bakar minyak menjadi dilema, karena kandungan minyak bumi di dunia semakin menipis seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. Maka dari itu perlu adanya pengganti bahan bakar minyak, yaitu suatu bahan bakar alternatif. Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP) pada prinsipnya sama seperti Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), hanya pada PLTU uap dibuat di permukaan menggunakan boiler, sedangkan pada PLTP uap berasal dari reservoir panas bumi. Apabila fluida di kepala sumur berupa fasa uap, maka uap tersebut dapat dialirkan langsung ke turbin, dan kemudian turbin akan mengubah energi panas bumi menjadi energi gerak yang akan memutar generator sehingga dihasilkan energi listrik. Apabila fluida panas bumi keluar dari kepala sumur sebagai campuran fluida 2 fasa ( fasa uap dan fasa cair) maka terlebih dahulu dilakukan proses pemisahan pada fluida. Hal ini dilakukan dengan melewatkan fluida ke dalam separator, sehingga fasa uap akan terpisahkan dari fasa cairnya. Uap yang dihasilkan dari separator inilah yang kemudian dialirkan ke turbin.
PT. GEO DIPA ENERGI yang terletak di Dieng merupakan salah satu pembangkit yang memanfaatkan panas bumi sebagai penggerak turbin, kemudian turbin digunakan untuk memutar generator sehingga menghasilkan daya listrik. 1.2
Maksud dan Tujuan Hal – hal yang menjadi tujuan penulisan laporan kerja praktek ini adalah : 1. Mengetahui proses pembangkitan energi listrik di PT. Geo Dipa Energi Dieng Unit 1. 2. Memahami sistem Autosynchronizer yang terdapat pada PT. Geo Dipa Energi Dieng Unit 1 3. 1.3 Pembatasan Masalah Batasan masalah masalah yang diambil oleh penulis pada penulisan laporan kerja praktek ini hanya mengenai proses Autosynchronizer yang terdapat pada PT. Geo Dipa Energi Dieng Unit 1. II. 2.1
GAMBARAN UMUM Generator Sinkron Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh energi mekanis dari prime mover. Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan sebutan alternator. Generator
sinkron banyak digunakan pada pembangkitpembangkit listrik. Konstruksi generator sinkron adalah sebagai berikut: 1. Stator adalah bagian mesin yang diam dan berbentuk silinder. 2. Rotor adalah bagian mesin yang berputar juga berbentuk silinder. 3. Celah udara adala ruangan antara stator dan motor. Konstruksi rotor pada generator sinkron ada dua, yaitu: 1. Kutub magnet dengan bagian kutub yang menonjol (salient pole). Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran rendah, dengan jumlah kutub yang banyak. Diameter rotornya besar dan berporos pendek.
ada di stator sehingga pada kumparan jangkar tersebut timbul GGL atau tegangan induksi. Berikut merupakan rumus perhitungan frekuensi:
dengan: f = frekuensi (Hz) n = kecepatan (rpm) p = banyaknya kutub 2.2 Kerja Paralel Generator 2.2.1 Tujuan Pararel Generator Secara umum, tujuan dari pararel generator antara lain: 1. Untuk menambah kapasitas daya listrik saat terjadi kekurangan dalam pelayanan beban. 2. Untuk mensuplai daya sesuai kebutuhan beban yang terpakai. 3. Untuk menjaga kontinuitas pelayanan beban jika terdapat generator yang harus dihentikan untuk keperluan tertentu 2.2.2
Gambar 1 rotor kutub menonjol
2. Kutub magnet dengan bagian kutub yang tidak menonjol/ jenis kutub silinder (non salient pole). Konstruksi seperti ini digunakan untuk putaran tinggi.
Syarat-syarat Paralel Generator Beberapa generator yang akan dipararel harus memenuhi syarat-syarat tertentu agar dapat terhubung. Beberapa syarat yang harus dipenuhi agar dua atau lebih generator dapat dapat diparalel adalah: 1. Mempunyai tegangan kerja yang sama 2. Mempunyai frekuensi yang sama 3. Mempunyai urutan fasa yang sama 4. Mempunyai sudut yang sama 2.3
Gambar 2 rotor kutub silinder
Prinsip kerja generator sinkron berdasarkan induksi elektromagnetis. Setelah rotor diputar oleh penggerak mula (preme mover), dengan demikian kutub-kutub yang ada di rotor akan berputar. Jika kumparan kutub diberi arus searah maka pada permukaan kutub akan timbul medan magnet (garis-garis gaya fluks) yang berputar, kecepatannya sama dengan putaran kutub. Garis-garis gaya fluks yang berputar tersebut akan memotong kumparan jangkar yang
Proses Produksi Uap di PT. Geo Dipa Energi Secara umum proses produksi uap (steam) sebagai penggerak turbin yang bersumber dari panas bumi mengalami berbagai penyaringan. Uap yang keluar dari sumur dimasukkan ke dalam separator untuk dipisahkan antara uap dengan air. Kemudian uap dialirkan melalui Steam Line untuk menggerakkan turbin, sebelum masuk untuk menggerakkan sudu-sudu turbin uap disaring dalam scrubber. Scrubber ini berada pada lokasi power plant.
sebesar 50 Hz atau sesuai dengan kondisi bus. d. Memberikan tegangan eksitasi pada generator secara bertahap. e. Mengatur tegangan dan frekuensi keluaran generator agar sama dengan tegangan dan frekuensi bus. f. Jika tegangan dan frekuensi keluaran generator telah sama dengan tegangan dan frekuensi pada bus maka breaker yang menghubungkan keluaran generator dengan bus dapat di-close. g. Akan tetapi bila tegangan generator belum sama dengan tegangan dan frekuensi pada bus maka Autosynchronizer BE1-25A akan memberikan sinyal pada AVR untuk mengatur penguatan (eksitasi) pada generator agar tegangan yang dihasilkan generator bisa mendekati atau sama dengan nilai tegangan pada bus. Jika masih ada selisih frekuensi antara frekuensi generator dengan frekuensi pada bus, maka Autosynchronizer BE1-25A akan memberikan sinyal ke speed set point untuk mengatur bukaan main stop valve agar putaran turbin konstan 3000 rpm sehingga didapat frekuensi generator yang sama dengan frekuensi pada bus yaitu 50 Hz.
Gambar 3 Sistem Produksi Uap pada PLTP Dieng
III.
PROSES AUTOSYNCHRONIZER PADA GENERATOR MODEL TEWAC 75000KVA 3.1 Syarat-syarat Sinkron Generator pada PLTP Dieng Untuk proses sinkron generator di PLTP Dieng, selain syarat-syarat yang tersebut diatas masih ada beberapa syarat yang harus dipenuhi antara lain: a. Putaran turbin dijaga pada nilai 3000 rpm b. Kapasitas keluaran generator minimal di atas pemakaian sendiri yaitu kurang lebih 5 MW. c. Semua sistem alarm dalam kondisi reset d. Breaker Exciter dalam kondisi close e. Semua rele tidak bekerja f. Semua trip sistem dalam kondisi 0 g. Bukaan pada governor valve minimal 20 % h. Tekanan uap dijaga pada nilai 9,8 bar 3.2
Urutan Proses Autosynchronizer pada PLTP Dieng Pada proses sinkron generator di PLTP Dieng keluaran generator disesuaikan dengan kondisi pada bus 15 kV dengan melihat sensor yang dipasang pada bus tersebut. Urutan proses sinkron generator pada PLTP Dieng adalah sebagai berikut: a. Uap dari sumur-sumur produksi dipisahkan antara uap dengan air dan dijaga tekanannya pada 9,8 bar kemudian disalurkan ke turbin. b. Selanjutnya uap akan mulai memutar turbin sehingga generator akan berputar. c. Menaikkan putaran turbin hingga 3000 rpm agar didapat frekuensi
3.3
Proses Sinkron Generator dengan Mode Autosynchronizer Proses sinkron generator pada PLTP Dieng dilakukan dengan 2 mode yaitu manual synchron dan auto synchron tetapi yang biasanya digunakan adalah mode auto synchron. Yang akan dibahas pada laporan kerja praktek ini adalah proses sinkron dengan mode auto synchron. Beberapa peralatan yang diperlukan dalam proses sinkron generator di PLTP Dieng antara lain: a. Voltmeter Voltmeter digunakan untuk mengetahui tegangan pada output generator dan tegangan pada bus. b. Frekuensimeter Frekuensimeter digunakan untuk mengetahui frekuensi pada output generator dan bus.
c. Automatic Synchronizer BE1-25A Automatic Synchronizer digunakan untuk mencocokkan nilai tegangan dan frekuensi pada output generator dengan tegangan dan frekuensi pada bus agar dapat terhubung. Tipe Automatic Synchronizer yang digunakan pada PLTP Dieng yaitu Automatic Synchronizer BE1-25A. d. Synchronoscope Synchronoscope merupakan suatu alat bantu untuk mengamati apakah telah sinkron atau belum. e. Current Transformer (CT) CT berfungsi sebagai pengukur arus keluaran generator maupun arus pada bus. CT yang dipakai pada PLTP Dieng untuk proses sinkron memiliki ratio 3000/5. f. Potensial Transformer (PT) PT berfungsi sebagai pengukur tegangan keluaran generator pada bus. PT yang dipakai pada PLTP Dieng untuk proses sinkron mempunyai ratio 15 kV/120V. Trafo
SYSTEM AUTO SYNCHRONIZER DAN PROCESS STEAM TO TURBINE
To Jaringan
Volt & Freq Protection Relay VB
150 / 15 KV 75.4 MVA 7.816 %
CB 152M
Hz H/L
Bus 15 Kva CB 152G Vt
Bus sensing Hz
Trafo 15 Kv / 6 KV
Gambar 5 Automatic Synchronizer BE1-25A
3.5
Keunggulan Automatic Synchronizer BE1-25A Automatic Synchronizer BE1-25A mempunyai beberapa keungulan, yaitu: a. Mempunyai multiple breaker dengan 6 waktu closing untuk 6 generator b. Penerima tegangan Voltage acceptance Voltage matching Frequency matching Dead bus closing c. Pada voltage matching terdapat 3 pilihan modul yang dapat dikoordinasikan dengan Automatic Voltage Regulator (AVR). Modulmodul tersebut yaitu V1, V2, dan V3. d. Pada voltage acceptance juga terdapat 2 pilihan modul yaitu A1 dan A2.
CB Generator Generator sensing Auto Synchornizer BE1-25A
Hz
System control Exitation Generator
Vt
Bus 6 KVa
Governor Valve
Speed Setpoint
75 MVA 0.8 Turbine
G-101
3.6
System control Turbine ( DEHC ) Trafo 6 KV / 250 Vac
3000 Rpm ( 33600 Trip )
Brush AVR MVR
1000 A Max 150 Vdc Max
Pressure 9.8 Scrubber
Steam press 12 bar
Pressure Control valve Separator Ventting system / Rock Muffler Level Control valve
Drain to balong
Hot Brine Pump
Well Production
Well Injection
Gambar 4 Proses Autosynchronizer dan Proses Uap ke Turbin
3.4
Automatic Synchronizer BE1-25A
Automatic Synchronizer BE1-25A adalah peralatan yang menggunakan mikroprosessor untuk membantu proses sinkron generator pada PLTP Dieng dengan bus 15 kV yang akan disalurkan melalui jaringan 150 kV ke P3B Semarang secara otomatis.
Prinsip Kerja Automatic Synchronizer BE1-25A Automatic Synchronizer BE1-25A mulai menutup breaker generator ketika nilai tegangan, selisih frekuensi, dan perbedaan fasa berada dalam batas nilai yang telah ditentukan. Setelah nilai input diperoleh, automatic synchronizer BE1-25A akan mengolah sinyal melalui modul voltage matching untuk pengolahan sinyal tegangan dan modul frequency matching untuk sinyal frekuensi. Jika masih terdapat selisih tegangan pada keluaran generator dengan tegangan bus maka voltage matching akan memberikan sinyal pada AVR untuk mengatur penguatan pada generator agar tegangan yang dihasilkan generator bisa mendekati atau sama dengan nilai tegangan pada bus. Jika masih ada selisih frekuensi, maka frequency matching akan memberikan sinyal ke speed set point untuk mengatur bukaan main stop valve agar
putaran turbin konstan 3000 rpm sehingga didapat frekuensi generator yang sama dengan frekuensi pada bus yaitu 50 Hz. 3.7 a.
b.
c.
3.8
Akibat yang Terjadi jika Syarat Sinkron tidak Terpenuhi Apabila generator mempunyai nilai tegangan lebih rendah dari bus, maka akan menyebabkan reverse power Apabila frekuensinya tidak sama maka akan reverse power dan mengakibatkan kerusakan mekanis sampai patah pada cransaft dikarenakan tekanan yang besar dan tiba-tiba. Apabila urutan fasa dan sudut fasa tidak sama maka generator tidak akan bisa terhubung bus, jika hal ini dipaksakan maka generator akan mengalami kerusakan.
Pengaman/ Proteksi (Rele) Yang dimaksud proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik suatu sistem tenaga listrik, misalnya generator, transformator, jaringan dan lain-lain, terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri. Sistem pengaman/ proteksi itu bermanfaat untuk: Menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatanperalatan akibat gangguan. Cepat melokalisir luas daerah yang mengalami gangguan, menjadi sekecil mungkin. Dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik. Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik. Persyaratan terpenting dalam pengamanan antara lain: Kepekaan (Sensitivity) Pada prinsipnya relay harus cukup peka sehingga dapat mendeteksi gangguan di kawasan pengamanannya walaupun dalam kondisi yang memberikan rangsangan yang minimum.
3.9
IV. 4.1
Keandalan (Reliabiliti) Dependability (tingkat kepastian bekerjanya/ keandalan kemampuan bekerjanya) Security (tingkat kepastian untuk tidak salah bekerja) Availability (perbandingan antara waktu dimana pengaman dalam keadaan siap kerja dan waktu total operasinya. Selektivitas (Selectivity) Pengaman harus dapat memisahkan bagian sistem yang terganggu sekecil mungkin. Kecepatan (Speed) Untuk memperkecil kerugian/ kerusakan akibat gangguan, maka bagian yang terganggu harus dipisahkan secepat mungkin dari bagian sistem lainnya. Rele yang Berhubungan dengan Proses Autosynchronizer PLTP Dieng Rele tegangan Pada PLTP Unit 1 Dieng relay tegangan bekerja pada batas atas 16 KV dan batas bawah 13,5 KV. Sehingga apabila tegangan melebihi batas atas atau kurang dari batas bawah maka breaker pada generator yang terhubung pada bus 15 KV akan membuka atau dengan kata lain generator pada pembangkit lepas dari jaringan. Rele Frekuensi Pada PLTP Unit 1 Dieng relay frekuensi bekerja pada batas atas 52,5 Hz dan batas bawah 48 Hz. Sehingga apabila frekuensi melebihi batas atas atau kurang dari batas bawah maka breaker pada generator yang terhubung pada bus 15KV akan membuka atau dengan kata lain generator pada pembangkit lepas dari jaringan.
PENUTUP Kesimpulan Dari Kerja Praktek yang penulis lakukan di PT. Geo Dipa Energi Dieng Unit 1 dapat diambil kesimpulan sebagai berikut ; 1. Sistem sinkron generator merupakan suatu sistem yang yang menghubungkan beberapa generator secara paralel. 2. Sistem sinkron generator bertujuan untuk menambah kapasitas daya listrik saat
terjadi kekurangan dalam pelayanan beban, menyuplai daya sesuai kebutuhan beban yang terpakai, dan menjaga kontinuitas pelayanan beban jika terdapat generator yang harus dihentikan untuk keperluan tertentu. 3. Proses sinkron generator pada PLTP unit 1 Dieng dilakukan untuk menghubungkan keluaran bus generator dengan bus 15 kV yang terhubung dengan jaringan 150 kV melalui transformator yang terinterkoneksi dengan jaringan listrik Jawa-Madura-Bali (Jamali) dengan pengaturannya dilakukan di P3B Semarang. Dalam proses sinkron PLTP unit 1 Dieng menggunakan mode Autosynchron dengan bantuan alat Automatic Synchronizer BE1-25A. 4. Ada beberapa syarat yang harus dipenuhi agar generator dapat sinkron dengan bus yaitu: tegangan keluaran generaor sama dengan tegangan pada bus, frekuensi generator sama dengan frekuensi pada bus, sudut fasa generator sama dengan sudut fasa pada bus, dan urutan fasa generator sama dengan urutan fasa pada bus. Apabila syarat-syarat tersebut tidak terpenuhi maka akan berakibat terjadi ketidakseimbangan tegangan dan reverse power. 5. Persyaratan terpenting dalam pengamanan adalah kepekaan, keandalan, selektifitas, dan kecepatan 4.2
Saran 1. Modul frequency matching yang terpasang pada Automatic Synchronizer BE 1-25A yang dimiliki PLTP Dieng merupakan seri F1. Modul tersebut saat ini sudah tidak diproduksi lagi karena telah digantikan dengan seri F5 yang lebih sempurna. Maka sebaiknya PLTP Dieng memasang modul F5 untuk frequency mathing. DAFTAR PUSTAKA
[1] Basler Electric. 2008. Automatic Synchronizer BE1-25A. http://www.basler.com/Automaticsynchro nizer [2] Basri, Ir Hasan. Proteksi Sistem Tenaga Listrik. 2002. Jakarta.
[3] Beharim, Ir Hamzah. Pengantar Teknik Tenaga Listrik. 1994. Yogyakarta: Andi Offset. [4] Fizgerald, Kingsley, Umans. Mesin - Mesin Listrik. 1997. Jakarta: Erlangga. [5] Komari, Ir. Proteksi Sistem Tenaga Listrik, Filosofi, Strategi dan Evaluasinya untuk Peningkatan Keandalan. 9, 12, 15. [6] Lister, Eugene C, Ir. Drs. Hanapi Gunawan. Mesin Dan Rangkaian Listrik. 1993. Jakarta: Erlangga. [7] Solichin. 17 Desember 2007, Synchronizing Generator. http://www.elektroindonesia.com/ [8] Wildi, Theodore. Electrical Machines, Drives and Power Systems 3rd. 1997. New Jersey: Prentice Hall Inc. BIODATA PENULIS Rumaisha Galuh Anindita (L2F606051) lahir di Semarang, 11 Juni 1988. Telah menempuh pendidikan di TK Candi Baru Semarang, kemudian melanjutkan di SDN Candi Baru Semarang. Dan kemudian melanjutkan di SLTPN 5 Semarang. Lulus tahun 2003, lalu melanjutkan di SMAN 1 Semarang. Saat ini sedang menempuh pendidikan Strata 1 di Universitas Diponegoro Konsentrasi Ketenagaan.
Semarang, Desember 2009
Mengetahui Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Joko Windarto, MT NIP. 196405261989031002
